מי גילה את חוק הכבידה האוניברסלית
זה לא סוד שחוק הכבידה האוניברסלי התגלה על ידי המדען האנגלי הגדול אייזק ניוטון, שלפי האגדה הסתובב בגן הערב וחשב על בעיות הפיזיקה. באותו רגע, תפוח נפל מהעץ (לפי גרסה אחת, ישירות על ראשו של הפיזיקאי, לפי אחרת, הוא פשוט נפל), שהפך מאוחר יותר לתפוח המפורסם של ניוטון, שכן הוא הוביל את המדען לתובנה, אאוריקה. התפוח שנפל על ראשו של ניוטון נתן לו השראה לגלות את חוק הכבידה האוניברסלית, מכיוון שהירח בשמי הלילה נותר ללא תנועה, אבל התפוח נפל, אולי המדען חשב שכוח כלשהו פועל על הירח (גורם לו להסתובב פנימה). מסלול), כך על התפוח, מה שגורם לו ליפול על הקרקע.
עכשיו, לפי כמה היסטוריונים של המדע, כל הסיפור הזה על התפוח הוא רק בדיה יפה. למעשה, האם התפוח נפל או לא זה לא כל כך חשוב הוא שהמדען באמת גילה וניסח את חוק הכבידה האוניברסלית, שהוא כיום אחד מאבני היסוד של הפיזיקה והאסטרונומיה.
כמובן, הרבה לפני ניוטון, אנשים צפו גם בדברים נופלים לאדמה וגם בכוכבים בשמיים, אבל לפניו הם האמינו שיש שני סוגים של כוח משיכה: ארצי (שפועל אך ורק בתוך כדור הארץ, גורם לגופים ליפול) ושמימי ( פועל על כוכבים וירח). ניוטון היה הראשון ששילב את שני סוגי הכבידה הללו בראשו, הראשון שהבין שיש רק כוח משיכה אחד וניתן לתאר את פעולתו על ידי חוק פיזיקלי אוניברסלי.
הגדרת חוק הכבידה האוניברסלית
לפי חוק זה, כל הגופים החומריים מושכים זה את זה, וכוח המשיכה אינו תלוי בתכונות הפיזיקליות או הכימיות של הגופים. זה תלוי, אם הכל יהיה מפושט ככל האפשר, רק במשקל הגופים ובמרחק ביניהם. אתה גם צריך לקחת בחשבון בנוסף את העובדה שכל הגופים על פני כדור הארץ מושפעים מכוח הכבידה של כוכב הלכת שלנו עצמו, אשר נקרא כוח משיכה (מלטינית המילה "גרביטאס" מתורגמת ככבדות).
הבה ננסה כעת לנסח ולכתוב את חוק הכבידה האוניברסלית בקצרה ככל האפשר: כוח המשיכה בין שני גופים בעלי מסות m1 ו-m2 ומופרדים במרחק R הוא פרופורציונלי ישר לשתי המסות ויחס הפוך לריבוע של המרחק ביניהם.
נוסחה לחוק הכבידה האוניברסלית
להלן אנו מציגים לתשומת לבכם את הנוסחה של חוק הכבידה האוניברסלית.
G בנוסחה זו הוא קבוע הכבידה, שווה ל-6.67408(31) 10 −11, זהו גודל ההשפעה של כוח הכבידה של כוכב הלכת שלנו על כל עצם חומרי.
חוק הכבידה האוניברסלית וחוסר משקל של גופים
חוק הכבידה האוניברסלית שגילה ניוטון, כמו גם המנגנון המתמטי הנלווה אליו, היוו מאוחר יותר את הבסיס למכניקה השמימית והאסטרונומיה, כי בעזרתו ניתן להסביר את אופי התנועה של גרמי השמים, כמו גם את התופעה. של חוסר משקל. בהיותו בחלל החיצון במרחק ניכר מכוח המשיכה והכובד של גוף כה גדול כמו כוכב לכת, כל חפץ חומרי (למשל ספינת חלל עם אסטרונאוטים על הסיפון) ימצא את עצמו במצב של חוסר משקל, שכן הכוח של השפעת הכבידה של כדור הארץ (G בנוסחה לחוק הכבידה) או כוכב לכת אחר לא ישפיע עליו יותר.
אובי-וואן קנובי אמר שהכוח מחזיק את הגלקסיה ביחד. אותו הדבר ניתן לומר על כוח הכבידה. עובדה: כוח הכבידה מאפשר לנו ללכת על כדור הארץ, לכדור הארץ להקיף את השמש ולשמש לנוע סביב החור השחור העל-מסיבי במרכז הגלקסיה שלנו. איך להבין את כוח המשיכה? זה נדון במאמר שלנו.
בוא נגיד מיד שלא תמצא כאן תשובה נכונה באופן ייחודי לשאלה "מהי כוח הכבידה". כי זה פשוט לא קיים! כוח הכבידה הוא אחת התופעות המסתוריות ביותר, שמדענים מתלבטים לגביה ועדיין לא יכולים להסביר את טיבו במלואו.
יש הרבה השערות ודעות. יש יותר מתריסר תיאוריות של כוח הכבידה, אלטרנטיביות וקלאסיות. נסתכל על המעניינים, הרלוונטיים והמודרניים ביותר.
האם אתה רוצה מידע שימושי נוסף ואת החדשות האחרונות בכל יום? הצטרפו אלינו בטלגרם.
כוח הכבידה הוא אינטראקציה בסיסית פיזית
ישנן 4 אינטראקציות בסיסיות בפיזיקה. בזכותם העולם הוא בדיוק מה שהוא. כוח הכבידה הוא אחד מאינטראקציות אלה.
אינטראקציות בסיסיות:
- כוח משיכה;
- אלקטרומגנטיות;
- אינטראקציה חזקה;
- אינטראקציה חלשה.
נכון לעכשיו, התיאוריה הנוכחית המתארת את כוח הכבידה היא GTR (תורת היחסות הכללית). הוא הוצע על ידי אלברט איינשטיין בשנים 1915-1916.
עם זאת, אנו יודעים שמוקדם מדי לדבר על האמת הסופית. אחרי הכל, כמה מאות שנים לפני הופעת תורת היחסות הכללית בפיזיקה, התיאוריה של ניוטון שלטה בתיאור כוח הכבידה, שהורחבה באופן משמעותי.
במסגרת תורת היחסות הכללית, אי אפשר כיום להסביר ולתאר את כל הנושאים הקשורים לכוח המשיכה.
לפני ניוטון, האמונה הרווחת הייתה שכוח הכבידה על פני כדור הארץ וכוח הכבידה בשמים הם דברים שונים. האמינו שכוכבי הלכת נעים על פי החוקים האידיאליים שלהם, שונים מאלה שעל כדור הארץ.
ניוטון גילה את חוק הכבידה האוניברסלית בשנת 1667. כמובן, החוק הזה היה קיים גם בתקופת הדינוזאורים והרבה קודם לכן.
פילוסופים עתיקים חשבו על קיומו של כוח הכבידה. גלילאו חישב בניסוי את תאוצת הכבידה על פני כדור הארץ, וגילה שהיא זהה לגופים בכל מסה. קפלר חקר את חוקי התנועה של גרמי השמיים.
ניוטון הצליח לנסח ולהכליל את תוצאות התצפיות שלו. הנה מה שהוא קיבל:
שני גופים מושכים זה את זה בכוח הנקרא כוח כבידה או כוח משיכה.
נוסחה לכוח המשיכה בין גופים:
G הוא קבוע הכבידה, m הוא מסת הגופים, r הוא המרחק בין מרכזי המסה של גופים.
מהי המשמעות הפיזית של קבוע הכבידה? זה שווה לכוח שבו גופים בעלי מסה של 1 קילוגרם כל אחד פועלים זה על זה, כשהם במרחק של מטר אחד מהשני.
לפי התיאוריה של ניוטון, כל עצם יוצר שדה כבידה. הדיוק של חוק ניוטון נבדק במרחקים של פחות מסנטימטר אחד. כמובן, עבור מסות קטנות כוחות אלו אינם משמעותיים וניתן להזניח אותם.
הנוסחה של ניוטון ישימה הן עבור חישוב כוח המשיכה של כוכבי לכת לשמש והן עבור עצמים קטנים. אנחנו פשוט לא שמים לב לכוח שבו, נניח, הכדורים על שולחן ביליארד נמשכים. עם זאת, כוח זה קיים וניתן לחשב אותו.
כוח המשיכה פועל בין כל גופים ביקום. השפעתו משתרעת לכל מרחק.
חוק הכבידה האוניברסלי של ניוטון אינו מסביר את טבעו של כוח הכבידה, אלא קובע חוקים כמותיים. התיאוריה של ניוטון אינה סותרת את GTR. זה די מספיק לפתרון בעיות מעשיות בקנה מידה של כדור הארץ ולחישוב תנועת גרמי השמיים.
כוח הכבידה בתורת היחסות הכללית
למרות העובדה שהתיאוריה של ניוטון די ישימה בפועל, יש לה מספר חסרונות. חוק הכבידה האוניברסלית הוא תיאור מתמטי, אך אינו מספק תובנה לגבי הטבע הפיזי הבסיסי של הדברים.
לפי ניוטון, כוח הכבידה פועל בכל מרחק. יתר על כן, הוא פועל באופן מיידי. בהתחשב בכך שהמהירות המהירה ביותר בעולם היא מהירות האור, יש אי התאמה. איך כוח הכבידה יכול לפעול באופן מיידי בכל מרחק, כשלוקח לאור לא רגע, אלא מספר שניות או אפילו שנים להתגבר עליהם?
במסגרת תורת היחסות הכללית, הכבידה נחשבת לא ככוח הפועל על גופים, אלא כעקמומיות של מרחב וזמן בהשפעת המסה. לפיכך, כוח הכבידה אינו אינטראקציה של כוח.
מהי השפעת כוח הכבידה? בואו ננסה לתאר את זה באמצעות אנלוגיה.
בואו נדמיין חלל בצורה של יריעה אלסטית. אם תניח עליו כדור טניס קל, המשטח יישאר ישר. אבל אם מניחים משקל כבד ליד הכדור, הוא ילחץ על חור על המשטח, והכדור יתחיל להתגלגל לעבר המשקל הגדול והכבד. זה "כוח הכבידה".
דרך אגב! לקוראינו יש כעת 10% הנחה על כל סוג של עבודה
גילוי גלי כבידה
גלי כבידה נחזו על ידי אלברט איינשטיין עוד ב-1916, אך הם התגלו רק מאה שנים מאוחר יותר, ב-2015.
מהם גלי כבידה? בואו נצייר שוב אנלוגיה. אם תזרקו אבן למים רגועים, יופיעו עיגולים על פני המים מהמקום בו היא נופלת. גלי כבידה הם אותם אדוות, הפרעות. רק לא על המים, אלא בעולם המרחב-זמן.
במקום מים יש מרחב-זמן, ובמקום אבן, נגיד, חור שחור. כל תנועה מואצת של מסה יוצרת גל כבידה. אם הגופים נמצאים במצב של נפילה חופשית, כאשר יעבור גל כבידה, המרחק ביניהם ישתנה.
מכיוון שכוח הכבידה הוא כוח חלש מאוד, זיהוי גלי כבידה נקשר לקשיים טכניים גדולים. טכנולוגיות מודרניות אפשרו לזהות פרץ של גלי כבידה רק ממקורות סופר מסיביים.
אירוע מתאים לזיהוי גל כבידה הוא מיזוג של חורים שחורים. למרבה הצער או למרבה המזל, זה קורה לעתים רחוקות למדי. עם זאת, מדענים הצליחו לרשום גל שממש התגלגל על פני חלל היקום.
כדי לתעד גלי כבידה נבנה גלאי בקוטר 4 קילומטרים. במהלך מעבר הגל נרשמו רעידות של מראות על מתלים בוואקום והפרעות האור המוחזר מהן.
גלי כבידה אישרו את תקפותה של תורת היחסות הכללית.
כוח הכבידה וחלקיקים יסודיים
במודל הסטנדרטי, חלקיקים יסודיים מסוימים אחראים לכל אינטראקציה. אנו יכולים לומר שחלקיקים הם נשאים של אינטראקציות.
הגרביטון, חלקיק היפותטי חסר מסה עם אנרגיה, אחראי על כוח הכבידה. אגב, בחומר הנפרד שלנו, קרא עוד על בוזון היגס, שגרם לרעש רב, וחלקיקים יסודיים אחרים.
לבסוף, הנה כמה עובדות מעניינות על כוח הכבידה.
10 עובדות על כוח הכבידה
- כדי להתגבר על כוח הכבידה של כדור הארץ, הגוף חייב להיות בעל מהירות של 7.91 קמ"ש. זוהי מהירות הבריחה הראשונה. מספיק שגוף (למשל, גשושית חלל) ינוע במסלול סביב כוכב הלכת.
- כדי להימלט משדה הכבידה של כדור הארץ, על החללית להיות בעלת מהירות של לפחות 11.2 קמ"ש. זוהי מהירות הבריחה השנייה.
- העצמים בעלי כוח המשיכה החזק ביותר הם חורים שחורים. כוח המשיכה שלהם כל כך חזק שהם אפילו מושכים אור (פוטונים).
- לא תמצא את כוח הכבידה באף משוואה של מכניקת הקוונטים. העובדה היא שכאשר אתה מנסה לכלול את כוח המשיכה במשוואות, הם מאבדים את הרלוונטיות שלהם. זוהי אחת הבעיות החשובות ביותר של הפיזיקה המודרנית.
- מקור המילה כוח משיכה בלטינית "gravis", שפירושה "כבד".
- ככל שהאובייקט מסיבי יותר, כוח המשיכה חזק יותר. אם אדם השוקל 60 קילוגרם על פני כדור הארץ שוקל את עצמו על צדק, המאזניים יראו 142 קילוגרמים.
- מדעני נאס"א מנסים לפתח אלומת כבידה שתאפשר להזיז עצמים ללא מגע, ולהתגבר על כוח הכבידה.
- גם אסטרונאוטים במסלול חווים את כוח הכבידה. ליתר דיוק, מיקרו-כבידה. נראה שהם נופלים בלי סוף יחד עם הספינה שבה הם נמצאים.
- כוח הכבידה תמיד מושך ואף פעם לא דוחה.
- החור השחור, בגודל של כדור טניס, מושך אליו עצמים באותו כוח כמו כוכב הלכת שלנו.
עכשיו אתה יודע את ההגדרה של כוח המשיכה ויכול לדעת באיזו נוסחה משתמשים כדי לחשב את כוח המשיכה. אם הגרניט של המדע לוחץ אותך לקרקע חזק יותר מכוח הכבידה, צור קשר עם שירות הסטודנטים שלנו. אנו נעזור לך ללמוד בקלות תחת העומסים הכבדים ביותר!
כל הגופים נופלים לכדור הארץ. הסיבה לכך היא השפעת כוח הכבידה. הכוח שבו כדור הארץ מושך גוף כלפי עצמו נקרא כוח משיכה. מסומן F כבד. זה תמיד מכוון כלפי מטה.
כוח הכבידה עומד ביחס ישר למסה של גוף זה:
, F = מ"ג
תנועה של גוף בהשפעת כוח הכבידה נקראת נפילה חופשית. זה נחקר לראשונה על ידי ג' גלילאו. הוא קבע שאם גופים נופלים מושפעים רק מכוח הכבידה ולא מהתנגדות אוויר, אז כולם נעים באותה דרך, כלומר. באותה תאוצה. קראו לו האצת נפילה חופשית (g).ניתן לקבוע ערך זה בניסוי על ידי מדידת תנועות הגוף הנופל במרווחי זמן קבועים. חישובים מראים זאת g = 9.8 m/s 2.
הגלובוס משטח מעט בקטבים. לכן בקוטב זמעט יותר מאשר בקו המשווה או בקווי רוחב אחרים.
סביב כל גוף יש סוג מיוחד של חומר שבעזרתו גופים מתקשרים. זה נקרא שדה הכבידה.
כדור הארץ מושך את כל הגופים: בתים, אנשים, הירח, השמש, מים בים ובאוקיינוסים וכו'. וכל הגופים נמשכים זה לזה. המשיכה של כל הגופים ביקום זה לזה נקראת כוח הכבידה האוניברסלי.בשנת 1687, I. ניוטון היה הראשון שהוכיח וביסוס חוק הכבידה האוניברסלית.
שני גופים מושכים זה את זה בכוח פרופורציונלי ישירות למכפלת המסות שלהם וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם.
כוח זה נקרא כוח הכבידה (או כוח הכבידה).
גבולות תחולת החוק: לנקודות מהותיות.
G – קבוע כבידה G=6.67∙10 –11,
הערך המספרי של קבוע הכבידה נקבע בניסוי. זה נעשה לראשונה על ידי המדען האנגלי Cavendish באמצעות דינמומטר פיתול (איזון פיתול). משמעות פיזיקלית: שתי נקודות חומריות במשקל 1 ק"ג כל אחת, הממוקמות במרחק של 1 מ' אחת מהשנייה, נמשכות הדדית על ידי כוח כבידה השווה ל-6.67 10 -11 N.
מחוק הכבידה האוניברסלי נובע שכוח הכבידה ותאוצת הכבידה הנגרמת על ידו יורדים עם הגדלת המרחק מכדור הארץ. בגובה h מפני השטח של כדור הארץ, מודול תאוצת הכבידה נקבע על ידי הנוסחה
כוח הכבידה מתבטא בשני אופנים: א) אם לגוף אין תמיכה, אז כוח הכבידה מעניק את האצת הנפילה החופשית לגוף; ב) אם לגוף יש תומך, אז, בהיותו נמשך לכדור הארץ, הוא פועל על התומך. הכוח שבו גוף פועל על תומך עקב משיכה לכדור הארץ נקרא מִשׁקָל. משקל מוחל על התמיכה.
אם לתמיכה אין תאוצה, אז מודול המשקל שווה למודול הכבידה. P=F כבד אם לתמיכה יש תאוצה כלפי מעלה, אז מודול המשקל גדול ממודול הכבידה. גדיל P=F +ma. אם לתמיכה יש תאוצה מכוונת כלפי מטה, אז מודול המשקל קטן ממודול הכבידה. P=F כבד -מא. אם התמיכה והגוף נופלים בחופשיות, המשקל יהיה אפס. P=0. מצב זה נקרא חוסר משקל.
באמצעות חוק הכבידה האוניברסלית, ניתן לחשב את מהירות המילוט הראשונה.
mg=ma; g=a; a=v 2 /R; g=v 2 /R; v 2 =gR; v = √gR., כאשר R הוא הרדיוס של כוכב הלכת.
כרטיס מס' 5. ביסוס ניסיוני של ההוראות העיקריות של התיאוריה הקינטית המולקולרית של מבנה החומר. גז אידיאלי. משוואה בסיסית של התיאוריה הקינטית המולקולרית של גז אידיאלי. טמפרטורה ושינוי שלה. טמפרטורה מוחלטת.
כל הגופים מורכבים מחלקיקים זעירים - אטומים ומולקולות. במילים אחרות, לחומר יש מבנה בדיד. בהתבסס על התיאוריה של המבנה הבדיד של החומר, ניתן להסביר ולחזות מספר מתכונותיו.
יסודות MKT(תיאוריה קינטית מולקולרית)
1. כל החומרים מורכבים ממולקולות (אטומים).
2. מולקולות (אטומים) נעות ללא הרף וכאוטי.
3. מולקולות (אטומים) פועלות ביניהן.
4. ישנם פערים בין מולקולות (אטומים).
להוראות אלה של התקשוב יש בסיס ניסיוני. דיפוזיה ותנועה בראונית מאשרות את העמדות הללו. ריכוך – חדירה הדדית של חלקיקים של חומר אחד בין חלקיקים של חומר אחר כאשר הם באים במגע. סיבה תנועה בראוניתהם התנועה התרמית של מולקולות נוזל (או גז) והתנגשויות שלהן עם חלקיק בראוני.
התנועה האקראית של החלקיקים המרכיבים את הגופים נקראת תנועה תרמית.כל המולקולות של הגוף משתתפות בתנועה תרמית, לכן, עם שינוי בתנועה התרמית, גם מצב הגוף ותכונותיו משתנים. חומר יכול להיות בשלושה מצבי צבירה - מוצק, נוזלי וגזי. מצב הצבירה נקבע לפי טמפרטורה ולחץ חיצוני.
מצב שבו לחומר אין צורה משלו ואינו שומר על נפח נקרא גז, שבתורו מתחלק לגז ואדים. גז הוא מצב גזי בטמפרטורה מעל הטמפרטורה הקריטית. גזים שקיימים בטבע נקראים אמיתיים. כאשר חוקרים את תכונות הגזים בפיזיקה, הם משתמשים במודל של גז שאינו קיים בטבע. דגם זה נקרא גז אידיאלי. הוא עונה על התנאים הבאים: 1) המולקולות שלו אינן תופסות נפח; 2) בהיותן במרחקים, המולקולות של גז אידיאלי אינן מקיימות אינטראקציה זו עם זו; 3) אינטראקציות מולקולריות מתרחשות רק במהלך השפעות אלסטיות לחלוטין; 4) זמן הנסיעה החופשי גדול בהרבה מזמן ההתנגשות.
כל גז נקבע על ידי שלושה מאקרו פרמטרים.
א) לחץ (p) הוא היחס בין כוח לשטח.( p=F/S)
ב) נפח (V) הוא מדד לחלק מוגבל של החלל.
ג) טמפרטורה (T) היא מדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת של תנועת התרגום של מולקולות.
לגבי תהליכים תרמיים זה נכון המשוואה הבסיסית של MKT, שנקרא כך:
מידע קשור.
בטבע ישנם כוחות שונים המאפיינים את האינטראקציה של גופים. הבה נבחן את הכוחות המתרחשים במכניקה.
כוחות כבידה.כנראה הכוח הראשון שהאדם הבין את קיומו היה כוח הכבידה הפועל על גופים מכדור הארץ.
ועברו מאות שנים עד שאנשים הבינו שכוח הכבידה פועל בין גופים כלשהם. ועברו מאות שנים עד שאנשים הבינו שכוח הכבידה פועל בין גופים כלשהם. הפיזיקאי האנגלי ניוטון היה הראשון שהבין עובדה זו. בניתוח החוקים השולטים בתנועת כוכבי הלכת (חוקי קפלר), הוא הגיע למסקנה שחוקי התנועה הנצפים של כוכבי הלכת יכולים להתממש רק אם יש ביניהם כוח משיכה, ביחס ישר למסה שלהם וביחס הפוך ל- ריבוע המרחק ביניהם.
ניוטון ניסח חוק הכבידה האוניברסלית. כל שני גופים מושכים זה את זה. כוח המשיכה בין גופים נקודתיים מופנה לאורך הקו הישר המחבר ביניהם, עומד ביחס ישר למסה של שניהם וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם:
במקרה זה, גופים נקודתיים מובנים כגופים שמידותיהם קטנות פי כמה מהמרחק ביניהם.
כוחות הכבידה האוניברסליים נקראים כוחות כבידה. מקדם המידתיות G נקרא קבוע הכבידה. ערכו נקבע בניסוי: G = 6.7 10¯¹¹ N m² / kg².
כוח משיכההפועל ליד פני כדור הארץ מכוון למרכזו ומחושב לפי הנוסחה:
כאשר g היא תאוצת הכבידה (g = 9.8 m/s²).
תפקידה של כוח הכבידה בטבע החי הוא משמעותי מאוד, שכן הגודל, הצורה והפרופורציות של יצורים חיים תלויים במידה רבה בגודלו.
משקל גוף.בואו נבחן מה קורה כאשר מניחים עומס כלשהו על מישור אופקי (תמיכה). ברגע הראשון לאחר הורדת העומס, הוא מתחיל לנוע כלפי מטה בהשפעת כוח הכבידה (איור 8).
המטוס מתכופף ומופיע כוח אלסטי (תגובת תמיכה) המכוון כלפי מעלה. לאחר שהכוח האלסטי (Fу) מאזן את כוח הכבידה, ייפסקו הורדת הגוף והסטת התמיכה.
הסטת התמיכה נוצרה בפעולת הגוף, לכן, כוח מסוים (P) פועל על התמיכה מצד הגוף, הנקרא משקל הגוף (איור 8, ב). לפי החוק השלישי של ניוטון, משקל הגוף שווה בגודלו לכוח התגובה של הקרקע והוא מכוון לכיוון ההפוך.
P = - Fу = Fheavy.
משקל גוף הוא הכוח P שבו גוף פועל על משענת אופקית שאינה תנועה ביחס אליו.
מאחר שכוח הכובד (המשקל) מופעל על התומך, הוא מתעוות ובשל גמישותו נוגד את כוח הכבידה. הכוחות המפותחים במקרה זה מהצד של התמיכה נקראים כוחות תגובת תמיכה, ועצם התופעה של התפתחות הנגד נקראת תגובת התמיכה. לפי החוק השלישי של ניוטון, כוח תגובת התמיכה שווה בגודלו לכוח הכובד של הגוף ומנוגד בכיוון.
אם אדם על תומך נע עם האצה של חלקי גופו המכוונים מהתמיכה, אזי כוח התגובה של התומך גדל בכמות ma, כאשר m היא המסה של האדם, והיא התאוצה שבה חלקים בגופו זזים. ניתן לתעד אפקטים דינמיים אלה באמצעות התקני מד מתח (דינמוגרמות).
אין לבלבל בין משקל לבין משקל גוף. מסת הגוף מאפיינת את תכונותיו האדישות ואינה תלויה לא בכוח הכבידה ולא בתאוצה שבה הוא נע.
משקל הגוף מאפיין את הכוח שבו הוא פועל על התמיכה ותלוי הן בכוח הכובד והן בהאצת התנועה.
לדוגמה, על הירח משקל הגוף קטן פי 6 בערך ממשקל הגוף על פני כדור הארץ המסה בשני המקרים זהה ונקבעת על פי כמות החומר בגוף.
בחיי היומיום, בטכנולוגיה ובספורט, המשקל מצויין לעתים קרובות לא בניוטון (N), אלא בקילוגרמים של כוח (kgf). המעבר מיחידה אחת לאחרת מתבצע לפי הנוסחה: 1 kgf = 9.8 N.
כאשר התמיכה והגוף ללא תנועה, אז מסת הגוף שווה לכוח המשיכה של גוף זה. כאשר התמיכה והגוף נעים בהאצה מסוימת, אזי, בהתאם לכיוונו, הגוף יכול לחוות חוסר משקל או עומס יתר. כאשר התאוצה חופפת לכיוון ושווה לתאוצת הכבידה, משקל הגוף יהיה אפסי, ולכן נוצר מצב של חוסר משקל (ISS, מעלית במהירות גבוהה בהורדה). כאשר האצת התמיכה מנוגדת להאצת הנפילה החופשית, אדם חווה עומס יתר (חללית מאוישת המתחילה מפני השטח של כדור הארץ, מעלית במהירות גבוהה העולה כלפי מעלה).
חוק הכבידה האוניברסלית התגלה על ידי ניוטון בשנת 1687 תוך כדי חקר תנועת הלווין של הירח סביב כדור הארץ. הפיזיקאי האנגלי ניסח בצורה ברורה עמדה המאפיינת את כוחות המשיכה. בנוסף, על ידי ניתוח חוקי קפלר, ניוטון חישב שכוחות כבידה חייבים להתקיים לא רק על הפלנטה שלנו, אלא גם בחלל.
רקע כללי
חוק הכבידה האוניברסלית לא נולד באופן ספונטני. מאז ימי קדם, אנשים חקרו את השמים, בעיקר כדי לערוך לוחות שנה חקלאיים, לחשב תאריכים חשובים וחגים דתיים. תצפיות הצביעו על כך שבמרכז "העולם" ישנו אור (שמש), שסביבו מסתובבים גרמי השמיים במסלולים. לאחר מכן, הדוגמות של הכנסייה לא אפשרו להתייחס לכך, ואנשים איבדו את הידע שנצבר במשך אלפי שנים.
במאה ה-16, לפני המצאת הטלסקופים, הופיעה גלקסיה של אסטרונומים שהביטו בשמיים בצורה מדעית, תוך שהם פוסלים את איסורי הכנסייה. T. Brahe, לאחר שצפה בחלל במשך שנים רבות, ערך את תנועות כוכבי הלכת בזהירות מיוחדת. נתונים מדויקים מאוד אלו עזרו לאיי קפלר לגלות לאחר מכן את שלושת החוקים שלו.
עד שגילה אייזק ניוטון את חוק הכבידה (1667), המערכת ההליוצנטרית של עולמו של נ. קופרניקוס הוקמה לבסוף באסטרונומיה. לפיו, כל אחד מכוכבי הלכת של המערכת מסתובב סביב השמש במסלולים שבקירוב המספיק לחישובים רבים, יכולים להיחשב מעגליים. בתחילת המאה ה-17. I. Kepler, שניתח את יצירותיו של T. Brahe, קבע חוקים קינמטיים המאפיינים את תנועות כוכבי הלכת. התגלית הפכה לבסיס להבהרת הדינמיקה של תנועה פלנטרית, כלומר הכוחות שקובעים בדיוק את סוג התנועה שלהם.
תיאור האינטראקציה
בניגוד לאינטראקציות חלשות וחזקות לתקופות קצרות, לכוח הכבידה ולשדות אלקטרומגנטיים תכונות ארוכות טווח: השפעתם מתבטאת במרחקים עצומים. תופעות מכניות במקרוקוסמוס מושפעות משני כוחות: אלקטרומגנטי וכבידה. השפעת כוכבי לכת על לוויינים, מעוף של עצם נזרק או משוגר, ריחוף של גוף בנוזל - בכל אחת מהתופעות הללו פועלים כוחות כבידה. עצמים אלו נמשכים על ידי כוכב הלכת ונמשכים אליו, ומכאן השם "חוק הכבידה האוניברסלית".
הוכח שבהחלט יש כוח משיכה הדדי בין גופים פיזיים. תופעות כמו נפילת עצמים לכדור הארץ, סיבוב הירח וכוכבי הלכת סביב השמש, המתרחשות בהשפעת כוחות הכבידה האוניברסלית, נקראות כבידה.
חוק הכבידה האוניברסלית: נוסחה
כוח הכבידה האוניברסלי מנוסח באופן הבא: כל שני עצמים חומריים נמשכים זה לזה בכוח מסוים. גודלו של כוח זה עומד ביחס ישר למכפלת המסות של העצמים הללו וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם:
בנוסחה, m1 ו-m2 הם המסות של העצמים החומריים הנלמדים; r הוא המרחק שנקבע בין מרכזי המסה של העצמים המחושבים; G הוא גודל כבידה קבוע המבטא את הכוח שבו מתרחשת המשיכה ההדדית של שני עצמים במשקל 1 ק"ג כל אחד, הממוקמים במרחק של 1 מ'.
במה תלוי כוח המשיכה?
חוק הכבידה פועל בצורה שונה בהתאם לאזור. מכיוון שכוח הכבידה תלוי בערכי קו הרוחב באזור מסוים, באופן דומה, להאצת הכבידה יש ערכים שונים במקומות שונים. לכוח הכובד ובהתאם להאצת הנפילה החופשית יש ערך מרבי בקטבי כדור הארץ - כוח הכובד בנקודות אלו שווה לכוח המשיכה. הערכים המינימליים יהיו בקו המשווה.
הגלובוס משטח מעט, הרדיוס הקוטבי שלו קטן בכ-21.5 ק"מ מהרדיוס המשווני. עם זאת, תלות זו פחות משמעותית בהשוואה לסיבוב היומי של כדור הארץ. חישובים מראים שבגלל אופטיות כדור הארץ בקו המשווה, גודל התאוצה עקב כוח הכבידה קטנה מעט מערכה בקוטב ב-0.18%, ולאחר סיבוב יומי - ב-0.34%.
עם זאת, באותו מקום על פני כדור הארץ, הזווית בין וקטורי הכיוון קטנה, ולכן הפער בין כוח המשיכה לכוח הכבידה אינו משמעותי, וניתן להזניח אותו בחישובים. כלומר, אנו יכולים להניח שהמודולים של הכוחות הללו זהים - תאוצת הכבידה ליד פני כדור הארץ זהה בכל מקום והיא בערך 9.8 מ"ר לשנייה.
סיכום
אייזק ניוטון היה מדען שעשה מהפכה מדעית, בנה מחדש לחלוטין את עקרונות הדינמיקה ועל בסיסם יצר תמונה מדעית של העולם. תגליתו השפיעה על התפתחות המדע ועל יצירת תרבות חומרית ורוחנית. בגורלו של ניוטון נפל לשנות את תוצאות תפיסת העולם. במאה ה-17 מדענים השלימו את העבודה הגרנדיוזית של בניית הבסיס של מדע חדש - פיזיקה.
